刘效锦
（国能朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司，山西忻州 034100）
1.1 按电缆材料划分
可分为导电材料自身原因、非导电绝缘材料自身原因和复合型原因。
（1）导电材料自身原因，指电缆中金属导体（包括铝外皮、铅、钢带、铜、半导体）开路的故障，因导电材料的连续性遭到损坏，形成不完全断线或完全断线，其中不完全断线不易发现，这类故障或障碍可划分为：多点或一点断开、多相或一相断线等。
（2）非导电绝缘材料自身原因，指金属导体与金属导体间和金属导体与非导电绝缘材料之间的绝缘强度不足，不能承受瞬间高电压以及瞬间大电流的冲击而产生的故障，这类故障将造成闪络洞穿、接地、短路等表象，这类故障现场发生频率较高，可划分为两相或单相接地、三相或两相短路等。
（3）复合型原因，指前两种原因同时存在，包括断线与单相接地同时发生、断线与两相接地同时发生、短路与两相接地同时发生等。
1.2 按电缆故障点电阻划分
本文把故障点称作为D，依据D 处绝缘电阻Rd和击穿间隙Sd的参数，将D 又可划分为Rd低阻形态、Rd高阻形态、综合性形态、Rd无穷大形态、闪络形态等5 类。
（1）Rd无穷大形态。电缆包括导电材料连续性遭受损坏引起断线，同时D 处的内外非导电绝缘材料也遭受程度不同的损坏。采用绝缘摇表测量D 处的绝缘电阻值Rd为∞（无穷大），采用直流耐压测量时，会发生电气击穿，呈现在现场是接地与一相或二相断线并存的表象。
（2）Rd低阻形态。非导电材料（无论内层主绝缘还是外层绝缘及保护层）遭到破坏而引发接地的低阻形态，采用5000 V 绝缘摇表测量其绝缘电阻值Rd小于100 Ω。
（3）Rd高阻形态。非导电材料（无论内层主绝缘还是外层绝缘及保护层）遭到破坏而引发接地的低阻形态。采用5000 V 绝缘摇表测量其绝缘电阻值Rd大于100 Ω。采用直流高压脉冲测量时，随即发生电击穿。Rd高阻形态是牵引供电电缆（35 kV 或110 kV 电力电缆）发生率较高的电缆故障类型，因其单相电缆单独敷设独立运行，在运行中可达总故障的80%以上。
（4）闪络形态。非导电材料（无论内层主绝缘还是外层绝缘及保护层）遭到破坏，而产生闪络形态。采用5000 V 绝缘摇表量测其绝缘电阻值Rd为∞（无穷大），采用直流耐压或高压脉冲测量时，随即发生电击穿，同时是闪络性的。
（5）综合性形态。在D 处同时具备两种及以上形态即为综合性形态。
1.3 按故障诱因划分
根据牵引供电运行管理规程，电缆线路每年进行春季预防性试验和运行维护及电缆大修投运前的监测，在电缆线路、电缆终端及中间接头会发现不同表象和不同形式的导电体和非导电绝缘体参数异常等非正常情况，可划分为瞬时形态、击穿形态和运行形态3 种。
（1）瞬时形态。运行中的电缆，无论是哪种原因引起电缆非导电绝缘瞬时破坏，造成接地故障跳闸的形态称为瞬时形态，这类形态表现方式为：电缆D 处常伴有电缆中间层负有屏蔽功能的铜皮或铅包损坏；
电缆形态以两相断线并接地或两相短路接地为表象，现场绝缘摇表测量其阻值，对地电阻一般较小，现场打开D 处可清晰看到击穿电弧产生的碳化点或放电痕迹。瞬时形态明显，运维人员可在变电所故标设备显示的提示后较短时间内发现D 处。
（2）击穿形态。每年进行预防性试验或运行电缆其他高压监测时，常会发现隐形缺陷或故障，发生电缆破坏事件。运行中的电缆在直流检验电压下，其非导电绝缘部分遭到电击穿而被破坏，其表象是一般D 处的屏蔽层或保护钢带完好无缺，从外部观察未发现明显的变形或明显的创伤，打开D 处未发现非导电绝缘材料表面碳化，而通过仪器可发现清晰地水树枝老化结构和碳化孔，对于电缆击穿形态，尤其是一些高阻性形态隐蔽性极强，测试参数具有多样性复杂性等特征，很难探索其规律性，为此能否快速测试到D 处，标距是基础，测距是关键。
（3）运行形态。根据牵引供电运行管理相关规定，最高工作电压为29 kV，但在运行中经常有大于29 kV 的工作电压出现，故在牵引变电所和接触网绝缘配合设计中采用30 kV 的最大工作电压，所有供电设施要求在此电压下不发生轻污染闪络，在操作过电压下或雷电压情况下不发生湿闪，并具备雷冲击一定裕度绝缘能力。在接触网供电运行中，电缆线路伴随着雷击、污闪、湿闪等情况而因此受到影响。朔黄铁路接触网系统在高电压大电流运行条件下，电缆因运行年久、自然老化、绝缘下降等自身隐形缺陷等原因，可能发生电缆击穿或单相接地形态等运行故障。
2.1 物理性损伤
电缆本体遭受机械性外力破坏，绝大部分故障属于此类情况。
（1）工程设计方面。电缆敷设路径的特殊路段设计时未采取特殊处理方案，一旦发生地基负重或变形即可能产生下沉现象，直接损坏电缆；
在转弯处折断电缆或造成电缆中间接头内部绝缘降低而发生击穿；
机械碰撞损坏电缆。
（2）工程建设方面。接触网及变电所工程管理不严、标准不高等造成单相工程质量低下。
（3）电缆施工方面。电缆裕度不足、终端及中间头工艺粗糙、敷设电缆强拉硬拽等为电缆线路日后运行埋下安全隐患。
（4）自然因素方面。电缆径路上地形变化或地震等地质灾害，会造成电缆承受机械拉力导致电缆被拉断；
气温太低或太高也可能引发电缆附件变形损伤绝缘。
（5）运行方面。牵引供电系统电缆自身重力引起固定构件或悬挂支撑长期疲劳变形，引发电缆接头拉伸故障；
电缆长时间在高低电压大小电流间反复运行，电缆内积存的电荷在瞬间叠加，极易产生大于工作电压的情况，电缆大负荷长期运行老化严重，导致故障发生。
2.2 化学性损伤
（1）热化学反应对电缆的损伤也是引起电缆故障的诱因之一。电缆运行温度超过电缆非导电绝缘材料的允许温度时，将引起氧化分解化学反应，其生成物的电离作用促使电缆的绝缘和耐压性能同步下降。
（2）按照电力施工相关规定，电缆在沿墙（杆）上下、穿越建筑物等需穿管敷设，当管径小于规定将导致电缆运行在最大负荷下产生的热量不可能短时散去，长期过热将诱发化学反应产生如上所说的后果。
（3）电缆长时间近满载运行，例如朔黄铁路变电所电缆长期承载几千安负荷，电缆长期处于高温，使得电缆非导电绝缘材料加剧老化，尤其是中间头和终端头等特殊所处，如制作工艺不良或中间头和终端头套件不良，绝缘水平降低直至被高电压击穿甚至爆炸。
（4）运行环境恶劣，导致电缆老化严重，电缆寿命缩短。
（5）电缆长期处于潮湿（包括泡在液体）环境，内外层非导电绝缘材料会遭到水成分的侵蚀，绝缘水平降低直至被高电压击穿。
（6）电缆长期处于腐蚀性（包括各类油脂）土壤中，内外层非导电绝缘材料会遭到腐蚀性物质的侵蚀，绝缘水平降低直至被高电压击穿。
2.3 其他原因
（1）电缆本体质量缺陷，存在安全隐患，导致不定时发生问题。
（2）电缆附件质量问题。附件包括中间头和终端材料，采用的绝缘材料参数不符合国标规定要求，容易引发密封性问题，导致中间头和终端进入潮气，电缆绝缘性能降低，引发电缆故障。
（3）电缆线芯接头质量问题。生产厂家接头工艺不达标，施工方未按照设计进行敷设，或施工野蛮将线芯拉伤，或线芯正好敷设在转弯场所，受力不匀，伤及线芯导致电缆电阻增大，运行中温升加速，直至烧损电缆。
（4）电缆运行年久，不能满足日益增长运行的需求。比如朔黄铁路建设之初年运量设计5000 万吨，当前年运量达到25 000 万吨，车流密度小、每列车运量达到2 万t、供电电缆承载着巨大的电流。电缆接近满负荷运行，一旦发生超负荷运行情况，即可能引起电缆故障，直接影响运输安全。
2021 年5 月4 日12：47，朔黄铁路小觉变电所值班员巡视发现27.5 kV 高压室有烧焦味，经确认是202 GIS 柜后下柜冒烟，202T 相02 号高压电缆与铠接地处烧损（图1）。
图1 高压电缆与铠接地处烧损
经现场应急处置：①将电缆烧损部分的碳化物进行清理，保证表面无粉尘及碳化物；
②用10 kV电压等级绝缘自粘带对电缆烧损部分和相关部分进行包扎；
③对高压电缆、钢铠接地、屏蔽接地、护层保护器进行绝缘电阻试验，试验数据合格；
④对高压电缆采用2 倍额定电压进行直流泄漏试验，电缆本体无放电、闪络、异音现象，试验数据合格。
经检查发现小觉变电所牵引GIS 柜内电缆屏蔽接地、铠接地之前应急处置全部采用220 V 普通绝缘胶带包扎，且包扎工艺不良，接线地线与抱箍螺栓、柜内外壳搭接（图2）。
图2 地线与抱箍螺栓、柜内外壳搭接
电缆故障原因：①电缆接地工艺不良；
②电缆接地绝缘破损、绝缘强度不够，致使接地线过热；
③27.5 kV 电缆为单芯电缆，在屏蔽接地会存在一定感应电压，当列车通过或负载增大时，铜丝屏蔽的感应电压瞬间升高，导致电缆绝缘层烧损。
现场进行应急处置：①在电缆地线处增加绝缘强度；
②拆除既有普通绝缘胶带，用1 kV 绝缘自粘带半叠包两层，再用PVC 胶粘带缠绕一圈作保护层，最后用1 kV 阻燃热缩管进行热缩处理。
牵引供电系统在电气化铁路中尤为重要，一旦发生故障，将中断电力机车的供电，直接影响铁路正常的运输秩序，为此在电缆线路发生故障时，迅速找到故障点，快速查明故障原因，尽快恢复供电，最大限度地保障安全可靠不间断供电，为铁路运输安全畅通提供技术支撑。
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